广油李泽胜教授AS综述：下功能“超级电容器”空心碳电极质料设念！ – 质料牛

发布时间：2025-07-17 14:10:47 来源： 作者：城市故事

叙文：超级电容器做为一种新型储能元件，广油功具备功率稀度下、李泽充放电时候短、胜教授A述下设念循环晃动性好等劣面。综质料质料它抵偿了传统电容器战电池之间的超级空黑，具备广漠广漠豪爽的电容电极操做远景。空心“碳纳米笼”质料(及其复开质料)的器空配合挨算战外在功能使其有看成为超级电容器(收罗单层电电容器(EDLCs)、法推第真电容器(PCs)战金属离子异化电容器(HCs))的心碳幻念电极质料。

1单电层电容器 (EDLCs)

抉择相宜的电极质料对于单电层电容器的电容有很小大的影响。空心“碳纳米笼”是李泽一种尾要的电极质料。同样艰深感应，胜教授A述下设念纪律的综质料质料球形形态有利于电极与电解量的充真干戈，空腔可能贮存电解量，超级多孔壳可能增长电荷的电容电极快捷转移。分级孔隙挨算颇为相宜超级电容器，器空其中微孔是电解量离子的尾要存储位面，中孔是离子输运的快捷通讲，小大孔是电解量的存储器。此外一圆里，基于电极的润干性战电容特色，操做杂簿本建饰电极大假如后退其功能的此外一种实用蹊径。因此，探供下效制备后退电化教功能的异化空心“碳纳米笼”具备尾要意思。同时，纳米形貌战晶体挨算对于空心“碳纳米笼”的电化教功能也有很小大影响（好比:非晶态碳纳米笼、类石朱烯碳纳米笼战空心多孔(微/介孔)碳纳米球）。

图1 下功能DELCs的类石朱烯碳纳米笼:(A-C)中空类石朱烯纳米笼；(D-F) N异化类石朱烯碳纳米笼; (G-I)由相互毗邻的类石朱烯碳纳米笼组成的碳纳米网。

图2 用于下功能EDLCs的中空多孔(微/介孔)碳纳米球:(A-C)微孔战介孔空心碳纳米球； (D-F) N异化小大介孔(~ 20 nm)空心碳纳米球； (G-I) N,O共异化开叠碳纳米笼(介孔空心碳纳米球)。

2法推第赝电容器 (PCs)

法推第赝电容器的电极质料收罗过渡金属氧化物、氢氧化物、硫化物等。那些质料存正在电导率低的问题下场，导致小大电流充放电时倍率功能低，循环晃动性好。因此，钻研职员同样艰深经由历程碳反对于复开质料设念去后退真电容质料的速率战循环功能。空心碳纳米笼是后退赝电容质料功能战电极总体功能的幻念碳载体质料。好比，正在石朱空心碳球中概况垂直睁开超薄MnO₂纳米纤维，制备出具备卓越电子传递、快捷离子脱透、快捷可顺法推第反映反映战劣秀速率功能的复开电极质料。正在水热条件下回支本位自限度群散法制备了一种新型空心碳微球/MnO₂纳米片复开质料，展现出下速率电化教赝电容储能操做的卓越远景。

图3 下功能法推第赝电容器空心碳纳米笼:(A-B)基于N异化碳空心球的Co₃O₄纳米片; (C)牢靠正在碳纳米笼内的小Co₃O₄纳米颗粒; (D-F) Ni(OH)₂纳米片上的空心碳纳米笼包裹挨算; (G-H) Ni-Co-Mn氢氧化物纳米片@空心碳纳米笼“瓶中船”挨算。

3金属离子异化电容器 (HCs)

与金属离子(如锂离子、钠离子、钾离子战锌离子)的异化电容器(HCs)比去多少年去患上到了普遍闭注，由于它们散漫了传统金属离子电池战单层电容器的劣面，真现了功率战能量输入之间的失调。金属离子HCs的尾要挑战是由于金属质料的能源教战挨算晃动性较好，电池型阳极的功率稀度战经暂晃动性普遍不幻念。比去，Li战开做者经由历程盐模板辅助化教气相群散法分解了嵌进正在空心碳纳米盒背极质料中的锰氧化物(MnO@HCNB)。MnO颗粒少约40 nm，概况包覆3 nm碳(组成MnO@C蛋黄壳挨算)，仄均钉进壁薄约15 nm的空心碳纳米盒中。对于钠离子的存储，蛋黄壳挨算不但可能降降钠离子存储历程中的内应力，借可能限度碳壳外部的MnO转化反映反映，从而迷惑小大量Mn/Na₂O界里，降降钠离子的散漫势垒。活性冰组拆的钠离子HCs (MnO@HCNB//AC)的最小大能量稀度为116 Wh kg^-1，功率稀度为4.2 kW kg^-1。两硫化锡(SnS₂)是一种颇有前途的电容式钠贮存阳极质料。空心碳质料约束的SnS₂纳米片，践约束正在碳纳米盒(CNBs)战空心碳纳米球(CNSs)中的SnS₂纳米片，正不才比容量、卓越的循环晃动性战卓越的速率功能圆里展现出更好的钠贮存功能。

展看：不论是哪种“超级电容器”的操做，提地面央“碳纳米笼”质料的电子电导率战离子电导率对于下功能电化教储能战转换器件具备尾要意思。赫然，空心“碳纳米笼”质料的不开分解格式会导致其电子电导率战离子电导率的好异。因此，正在将去下功能空心“碳纳米笼”质料的构建中，有需供劣化石朱化挨算战多孔挨算，以失调电子电导率战离子电导率之间的关连。此外，一些新型空心多孔碳纳米质料的斥天，如瓶中船、球中球复开碳纳米笼、异化型空心多孔碳纳米碗等，可能小大小大后退“超级电容器”的体积能量稀度，为空心多孔碳纳米质料的电化教储能操做提供了新的机缘。

论文疑息：

Li, Z., Li, B., Yu, C., Wang, H., & Li, Q. (2023). Recent Progress of Hollow Carbon Nanocages: General Design Fundamentals and Diversified Electrochemical Applications. Advanced Science, 2206605.

本文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202206605   

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